Pompa ciepła i fotowoltaika – jak działa i czy się opłaca?

Pompa ciepła to źródło ciepła której zadaniem jest transport energii z dolnego źródła ciepła jakim jest powietrze, grunt lub woda do górnego źródła ciepła, czyli instalacji grzewczej. Mimo iż energia pobierana z dolnego źródła nic nas nie kosztuje, do działania pompa ciepła potrzebuje energii elektrycznej. Zatem jedynym kosztem eksploatacji jaki będziemy musieli ponieść decydując się na takie ogrzewanie to koszt energii elektrycznej. Czy możemy zrobić coś, aby je maksymalnie obniżyć a może nawet zredukować do zera? Oczywiście! Możemy zainstalować na budynku instalację fotowoltaiczną która wyprodukuje dla nas energię elektryczną którą zasilimy pompę ciepła. Takie rozwiązanie jest niezwykle opłacalne od strony kosztów eksploatacji.

Projektując system pompy ciepła jesteśmy w stanie oszacować jej roczne zużycie energii elektrycznej. Znając ten parametr możemy w miarę precyzyjnie określić moc instalacji fotowoltaicznej która zaspokoi zapotrzebowanie na prąd. A zatem ogrzewanie domu panelami fotowoltaicznymi w dużym uproszczeniu jest możliwe a także opłacalne.

Powietrzna pompa ciepła służy do ogrzewania pomieszczeń i wody użytkowej. Pobiera energię zgromadzoną w powietrzu (górne źródło ciepła) i transportuje do dolnego źródła ciepła jakim jest instalacja co i cwu. Urządzenie nie wymaga codziennej obsługi, gdyż działa w pełni automatycznie. Podłączenie drugiego systemu zasilającego pompę jak np. systemu kolektorów słonecznych podnosi efektywność pracy.

Rozróżniamy trzy rodzaje pomp ciepła, w zależności od dolnego źródła ciepła:

• Gruntowe pompy ciepła (dolnym źródłem jest grunt)
• Powietrzne pompy ciepła (dolnym źródłem jest powietrze)
• Wodne pompy ciepła (dolnym źródłem jest woda)

Gruntowa pompa ciepła transportuje ciepło zmagazynowane w gruncie do wnętrza budynku. Kolektor gruntowy można zainstalować w gruncie na dwa sposoby; poziomo – rury wymiennika układane są na kształt spirali poniżej poziomu zamarzania, pionowo – rury wymiennika układane są pionowo w specjalnie przygotowanych odwiertach. Zalety pompy gruntowej to przede wszystkim jej stabilność grzewcza. Temperatura pod powierzchnią ziemi jest stała na pewnych głębokościach, oznacza to, że współczynnik wydajności pompy nie waha się w zależności od temperatury powietrza na powierzchni a jest utrzymywany na względnie stałym poziomie.

Powietrzna pompa ciepła jako dolne źródło wykorzystuje powietrze zewnętrzne. Powietrze ogrzane słońcem jest dostępne wszędzie. Mimo iż zimą, kiedy jest największe zapotrzebowanie na ciepło, powietrze jest najchłodniejszym źródłem ciepła, pompa powietrzna nadal może pobierać wystarczającą ilość energii do działania w trybie ogrzewania przy temperaturze powietrza zewnętrznego sięgających nawet -20°C. Szczególną zaletą jest prosta instalacja pompy ciepła powietrze-woda, ponieważ nie wymaga robót ziemnych i odwiertów, co pozwala znacząco obniżyć koszty inwestycji.

Koszt instalacji pompy ciepła zależy od kilku czynników. Oczywiście różnica w cenie zależy od mocy grzewczej pompy ciepła, im jest ona wyższa tym wyższa cena pompy. Cena pompy ciepła zależy też od rodzaju dolnego źródła. Montaż gruntowej pompy ciepła jest wyższy od powietrznej przez roboty ziemne które należy wykonać, aby umieścić wymiennik gruntowy w ziemi. Opłacalność pompy ciepła można jednak podnieść montując instalację fotowoltaiczną która wyprodukuje prąd do jej zasilenia. Określenie „ogrzewanie fotowoltaiką” staje się przy takim połączeniu jak najbardziej prawdziwe. Pompy ciepła i fotowoltaika to zdecydowanie dobre połączenie.

To pytanie jest bardzo ogólne i aby na nie odpowiedzieć należy posilić się przykładem. Fotowoltaika i ogrzewanie domu z jej pomocą jest najbardziej opłacalne tylko wtedy, kiedy oszacujemy roczne zużycie energii elektrycznej przez pompę ciepła i zamontujemy odpowiednią do zużycia tego zużycia moc instalacji fotowoltaicznej. Jeśli załóżmy mamy dom o powierzchni 140m2 to na jego ogrzanie wystarczy pompa ciepła o mocy 8kW. Taka pompa zużyje rocznie około 4500kWh (kilowatogodzin), tak więc moc instalacji fotowoltaicznej potrzebnej do wyprodukowania tej ilości prądu to przy założeniu, że wszystkie panele będą zorientowane na południe to 4,5kW. Jeśli moc wybranego modułu fotowoltaicznego wyniesie 350W to na osiągnięcie mocy potrzebnej do wyprodukowania energii na zasilenie pompy ciepła wystarczy nam 12-13 paneli. Jednak te obliczenia są dość ogólne.

Przy określaniu mocy instalacji powinniśmy wziąć pod uwagę ilość kWh, które operator sieci zatrzyma dla siebie w ramach rozliczenia za zmagazynowanie nadwyżki energii elektrycznej której w chwili produkcji nie jesteśmy w stanie zużyć. Ponieważ na zużycie energii przez pompę ciepła ma wpływ wiele czynników, sam dobór powinien być poprzedzony określeniem zapotrzebowania budynku na ciepło. A projektując instalację fotowoltaiczną warto także uwzględnić pozostałe źródła poboru prądu w budynku.

W porównaniu z innymi systemami grzewczymi pompa ciepła i fotowoltaika jest bardzo ekologicznym i tanim pod względem eksploatacji zestawem. Jeśli zestawimy wszystkie wydatki poniesione na zainstalowanie w domu kotła gazowego lub kotła na węgiel takie jak: zakup, montaż, elementy kotłowni, budowę komina, przyłącza to okazuje się, że koszty instalacji pompy ciepła są porównywalne. Dla przykładowego domu o powierzchni 130m2 koszt zakupu pompy ciepła z montażem waha się granicach 26-32 tyś., wszystkie koszty zainstalowania kotła na gaz to 23-30 tyś. zł a zamontowanie kotła na węgiel to 20-26 tyś. zł. Przy obecnych cenach prądu, gazu i węgla roczne koszty ogrzewania CO i CWU będą się wynosić kolejno około 2400 zł dla pompy ciepła, 4000zł dla kotła gazowego i 3000 zł dla kotła węglowego. Rachunek jest więc prosty, wyższy nakład finansowy na początku może szybko się zwrócić.

Niewspółmierną zaletą pompy ciepła jest zerowa emisja dwutlenku węgla. Co prawda pompa ciepła działa na prąd wytwarzany w elektrowni, ale ilość CO2 jest zdecydowanie niższa (dobra jakość węgla, filtry) w porównaniu z tradycyjnymi systemami grzewczymi a przede wszystkim nie trujemy powietrza w otoczeniu swojego domu. Biorąc pod uwagę sprawność kotła na gaz, kotła węglowego i pompy ciepła zdecydowanym zwycięzcą jest ten ostatni. Jeśli natomiast rozważymy montaż paneli słonecznych, fotowoltaika do ogrzewania domu obniży koszty niemal do zera.

Ogrzewanie budynku pompą ciepła zasilaną fotowoltaiką to rozwiązanie przynoszące wiele korzyści. Przede wszystkim jest to najtańszy system ogrzewania CO i CWU a przy odpowiednim doborze obu systemów wręcz darmowy. Ponadto nie trujemy powietrza w swoim otoczeniu dzięki czemu aktywnie walczymy ze smogiem.

Pompa ciepła plus fotowoltaika to obecnie szeroko wspierane finansowo inwestycje, ponieważ realnie przyczyniają się polepszenia jakości powietrza w naszym kraju. Ulga podatkowa pozwala na odliczenie kosztów inwestycji od podstawy obliczenia podatku dochodowego. Wśród programów dofinansowujących wymianę źródła ciepła na ekologiczne, najbardziej popularny jest ogólnopolski program Czyste Powietrze. Zapowiadane są kolejne fundusze w ramach dobrze przyjętego przez beneficjentów programu Mój Prąd. Wiele gmin wspiera finansowo swoich mieszkańców w inwestowaniu w ogrzewanie domem fotowoltaiką choćby poprzez dotowanie instalacji paneli słonecznych na domu. Rozejrzyj się! Może w Twojej gminie też są ludzie, którym zależy na czystym i tanim ogrzewaniu domu.